EP0386656A2 - Verwendung eines wasser- und lösungsmittelfreien Trennmittels für die Polyurethanverschäumung - Google Patents

Verwendung eines wasser- und lösungsmittelfreien Trennmittels für die Polyurethanverschäumung Download PDF

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EP0386656A2
EP0386656A2 EP90104103A EP90104103A EP0386656A2 EP 0386656 A2 EP0386656 A2 EP 0386656A2 EP 90104103 A EP90104103 A EP 90104103A EP 90104103 A EP90104103 A EP 90104103A EP 0386656 A2 EP0386656 A2 EP 0386656A2
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EP
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release agent
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solvent
release
polyurethane foam
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William Krug
Wolfgang Dr. Dipl.-Chem. Fischer
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Air Products GmbH
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Grace Service Chemicals GmbH
Air Products GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/56—Coatings, e.g. enameled or galvanised; Releasing, lubricating or separating agents
    • B29C33/60—Releasing, lubricating or separating agents
    • B29C33/62—Releasing, lubricating or separating agents based on polymers or oligomers

Definitions

  • the invention relates to a water and solvent-free release agent for use in the production of objects made of polyurethane foam and a method for producing objects made of polyurethane foam, in which this release agent is used.
  • Objects made from polyurethane foam are produced in molds and can be carried out using a wide variety of methods known from the prior art (cf. for example the detailed explanations in European patent applications 164 501, 223 233 and 272 629).
  • a release agent is applied to the surface of the shaping tool, which is intended to prevent the fully reacted polyurethane foam article from sticking to the shaping tool.
  • release agents consist of release-effective substances and additives that are present in dissolved, suspended, dispersed or emulsified form in solvents or water (see the explanations in the European patent applications already mentioned above).
  • the solvent or water serve as a thinner and carrier to enable the application of the release agent with the known spraying techniques and the formation of a thin, homogeneous release agent film on the tool surface.
  • Such spraying techniques are different, with no or air-based methods, the sprayed material being sprayed at room temperature or in the heated state.
  • the use of heated atomizing air is also known.
  • the present invention is accordingly based on the object of proposing a new release agent which does not contain any appreciable amounts of water or solvent and thereby avoids the disadvantages associated with the known release agents containing water and / or solvents.
  • a water- and solvent-free release agent for use in the production of objects made of polyurethane foam is proposed, which is characterized in that it contains one or more polyenes as the main component.
  • polyenes have a high degree of inertness compared to isocyanates. Even admixtures of, for example, 4 to 5% of a polyene into the A component of a sensitive cold flexible foam system did not cause any foam disturbances in the subsequent reaction process.
  • polyenes to a certain extent themselves have release properties, so that they can serve as a carrier material for other known release agent additives, but also themselves as a release-promoting substance.
  • polyenes Due to their largely ecological and toxicological harmlessness, polyenes are not only a valuable alternative to the solvents used so far, but also contribute to a drastic reduction in the consumption of separating agents and to a reduction in aerosol formation in the workplace due to their separating effectiveness.
  • release agents according to the invention can be seen in their high specific electrical resistance, which is the particularly favorable application of such release agents tel on polyurethane foam tool surfaces not only by means of conventional spraying techniques but also by means of electrostatic spraying processes.
  • the release agent particles are electrostatically charged when they pass through the outlet nozzle, which on the one hand tears them again, which leads to better atomization (finer distribution), and on the other hand due to the opposite charges (particles - Tool) very homogeneous assignments can be achieved on the mold surface.
  • This effect is known in principle from painting technology, where viscous products that are often very stringy must also be processed. Accordingly, electrostatic, air-atomizing spray guns known from painting technology can be used particularly advantageously according to the invention and lead to homogeneous, thin release agent films.
  • the polyenes suitable for the release agent according to the invention have a sprayable consistency which, if necessary, is achieved by heating.
  • Liquid polybutadienes are particularly suitable, poly-1,4-cis-butadiene being preferred. It is advantageous if the vinyl group content of the poly-1,4-cis-butadiene is about 1%. These have a viscosity of about 3000 mPa ⁇ s at 20 ° C.
  • the release agent according to the invention contains a consistency regulator. Common greases, waxes and oils are suitable for this, which at the same time increase the separation efficiency. Because of the double bonds present in the polyenes used according to the invention, it is also advantageous if the release agent contains an antioxidant. For this purpose, alkylated phenols, e.g. Nonyl phenols.
  • the release agent according to the invention can also contain other conventional release agents, the amount of which depends on the compatibility with the other constituents of the release agent and on the processing requirements.
  • These conventional separating substances for which the polyenes serve as carriers include silicone compounds, fatty acid amides, fatty acid esters, etc. (see e.g. the above-mentioned European patent applications).
  • release agent according to the invention can of course contain conventional additives such as accelerators, foam stabilizers, etc.
  • release agent it is completely or at least substantially free of water and organic solvents. It can be made by combining all the ingredients and mixing thoroughly to form a homogeneous mixture, with heating if necessary.
  • the release agent according to the invention forms a sufficiently uniform and completely homogeneous release agent film on the tool surface even without the participation of the known thinners or carriers such as water or solvent. Because of the cheap described Properties of the polyenes used are generally sufficient if 10 to 15 g / m2 and in particular about 12 g / m2 of the release agent according to the invention are applied.
  • Test specimens were foamed in a 2 liter aluminum test tool using a commercially available flexible flexible foam system.
  • the release agent was applied using a high-pressure airless device, the nozzle diameter being 0.08 mm.
  • the release agent used was heated to 80 ° C and had the following composition: Amine accelerator 3% by weight Silicone stabilizer 3% by weight Nonylphenol (antioxidant) 4% by weight Low molecular weight polyethylene wax (consistency regulator) 5% by weight Poly-1,4-cis-butadiene 85% by weight
  • Example 1 The release agent described in Example 1 was heated to about 80 ° C. and then applied to the surface of the mold using a spray gun with an air-atomizing round jet nozzle with electrostatics. It was found that very thin, homogeneous release agent films were produced by using this device. The foam bodies produced were flawless in every respect.

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Abstract

Ein wasser- und lösungsmittelfreies Trennmittel zur Verwendung bei der Herstellung von Gegenständen aus Polyurethanschaum enthält ein oder mehrere Polyene als Hauptbestandteil sowie ferner gegebenenfalls einen Konsistenzregler, ein Antioxidans, Beschleuniger und/oder Stabilisatoren. Zur Aufbringung von wasser- und lösungsmittelfreien Trennmitteln auf die Oberflächen von formgebenden Polyurethanschaumwerzeugen erfolgt das Versprühen oder Vernebeln des Trennmittels mit einer mit Elektrostatik ausgerüsteten Vorrichtung, durch welche die Trennmittelpartikel beim Passieren der Austrittsdüse elektrostatisch aufgeladen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein wasser- und lösungsmittelfreies Trennmittel zur Verwendung bei der Herstellung von Gegen­ständen aus Polyurethanschaum sowie ein Verfahren zur Her­stellung von Gegenständen aus Polyurethanschaum, bei dem dieses Trennmittel eingesetzt wird.
  • Die Herstellung von Gegenständen aus Polyurethanschaum er­folgt in Formen und kann nach den verschiedensten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfolgen (vgl. z.B. die ausführlichen Erläuterungen in den europäischen Patentanmel­dungen 164 501, 223 233 und 272 629). Vor dem Eintrag der Polyol-/Isocyanatkomponenten wird auf die Oberfläche des formgebenden Werkzeugs ein Trennmittel aufgebracht, das ein Festkleben des ausreagierten Polyurethanschaumgegenstands im Formwerkzeug verhindern soll. Solche Trennmittel bestehen aus trennwirksamen Substanzen und Additiven, die in gelöster, suspendierter, dispergierter oder emulgierter Form in Lö­sungsmitteln oder Wasser vorliegen (vgl. die Erläuterungen in den bereits oben genannten europäischen Patentanmeldungen). Das Lösungsmittel oder das Wasser dienen als Verdünner und Träger, um den Auftrag des Trennmittels mit den bekannten Sprühtechniken und die Ausbildung eines dünnen, homogenen Trennmittelfilms auf der Werkzeugoberfläche zu ermöglichen. Solche Sprühtechniken sind unterschiedlich, ohne oder mit Luft arbeitende Verfahren, wobei das Sprühgut bei Raumtempe­ratur oder im erwärmten Zustand versprüht wird. Bekannt ist ferner die Anwendung von erwärmter Zerstäuberluft.
  • Es ist bekannt, daß sowohl Trennmittel auf Lösungsmittelbasis als auch auf wäßriger Basis erhebliche Unzulänglichkeiten aufweisen. So muß das Lösungsmittel oder das Wasser nach dem Trennmittelauftrag aus dem sich bildenden Trennmittelfilm verdunsten, um die nachfolgende Isocyanat-/Polyol-Reaktion nicht zu stören. Lösungsmittel verdunsten zwar schnell, sind aber feuergefährlich, gesundheitsschädlich und umweltbelastend. Ferner ist ihr Einsatz mit einem prozentualen Anteil von bis zu 97% als höchst unwirtschaftlich einzustufen, da sie zur Funktion des Trennmittels keinen nennenswerten Beitrag leisten. Wasser weist diese Nachteile nicht auf, verdunstet aber schlecht und schränkt somit die Anwendungsmöglichkeiten eines Trennmittels aufgrund betrieblicher Parameter erheblich ein (vgl. wiederum die Erläuterungen in den oben genannten europäischen Patentanmeldungen). Ein weiterer großer Nachteil bei der Verwendung von Trennmitteln auf wäßriger Basis ist in der Bildung von Polyharnstoffen zu sehen, welche durch Nebenreaktionen des Isocyanats mit dem Restwasseranteil des Trennmittelfilms entstehen. Diese Polymere verursachen auf den Werkzeugoberflächen festhaftende reaktive Beläge, welche sehr schwer entfernbar sind und in zunehmendem Maße die Trennwirkung negativ beeinflussen. Kostenintensive Reini­gungsverfahren sind die Folge.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein neues Trennmittel vorzuschlagen, das weder nennenswerte Mengen Wasser noch Lösungsmittel enthält und dadurch die mit den bekannten, Wasser und/oder Lösungsmittel enthaltenden Trennmitteln verbundenen Nachteile vermeidet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein wasser- und lösungs­mittelfreies Trennmittel zur Verwendung bei der Herstellung von Gegenständen aus Polyurethanschaum vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein oder mehrere Polyene als Hauptbestandteil enthält.
  • Es wurde überraschend gefunden, daß Polyene gegenüber Iso­cyanaten einen hohen Grad an Inertheit aufweisen. Selbst Beimischungen von beispielsweise 4 bis 5% eines Polyens in die A-Komponente eines empfindlichen Kaltweichschaum-Systems bewirkten beim sich anschließenden Reaktionsprozeß keine Schaumstörungen.
  • Bedingt durch dieses Verhalten besitzen Polyene in gewissem Umfang selbst trennwirksame Eigenschaften, so daß sie als Trägermaterial für andere bekannte Trennmittelzusätze, aber auch selbst als trennwirkungsfördernde Substanz dienen kön­nen.
  • Aufgrund ihrer weitgehenden ökologischen und toxikologischen Unbedenklichkeit stellen Polyene nicht nur eine wertvolle Alternative zu den bislang verwendeten Lösungsmitteln dar, sondern tragen aufgrund ihrer Trennwirksamkeit auch zu einer drastischen Reduzierung des Trennmittelverbrauches sowie zur Verringerung der Aerosolbildung am Arbeitsplatz bei.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Trennmittel ist in ihrem hohen spezifischen elektrischen Widerstand zu sehen, welcher die besonders günstige Aufbringung solcher Trennmit­ tel auf Polyurethanschaumwerkzeugoberflächen nicht nur mit­tels herkömmlicher Sprühtechniken sondern auch mittels elek­trostatischer Sprühverfahren zuläßt.
  • Bei Verwendung der üblichen Sprühtechniken in Kombination mit einer elektrostatischen Behandlung erfahren die Trennmittel­teilchen beim Passieren der Austrittsdüse eine elektrosta­tische Aufladung, wodurch sie einerseits nochmals zerrissen werden, was zu einer besseren Vernebelung (feinere Vertei­lung) führt, und zum anderen durch die entgegengesetzten Ladungen (Partikel - Werkzeug) sehr homogene Belegungen auf der Formwerkzeugoberfläche erzielt werden. Dieser Effekt ist aus der Lackiertechnik im Prinzip bekannt, wo ebenfalls zum Teil stark fädenziehende viskose Produkte verarbeitet werden müssen. Dementsprechend können aus der Lackiertechnik bekann­te elektrostatische, luftzerstäubende Sprühpistolen erfin­dungsgemäß besonders vorteilhaft eingesetzt werden und führen zu homogenen dünnen Trennmittelfilmen. Mit den genannten Vorteilen, die sich aus der elektrostatischen Sprühtechnik ableiten, ergibt sich eine nochmalige Reduzierung des Trenn­mittelverbrauchs. Gegenstand der Erfindung ist deshalb wei­terhin ein Verfahren zur Aufbringung wasser- und lösungsmit­telfreier Trennmittel auf die Oberflächen von formgebenden Polyurethanschaumwerkzeugen.
  • Die für das erfindungsgemäße Trennmittel geeigneten Polyene haben eine sprühfähige Konsistenz, welche erforderlichenfalls durch Erwärmen erreicht wird. Gut geeignet sind flüssige Polybutadiene, wobei Poly-1.4-cis-butadien bevorzugt ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Vinylgruppenanteil des Poly-1.4-cis-butadiens bei etwa 1% liegt. Diese haben bei 20°C eine Viskosität von etwa 3000 mPa·s.
  • Je nach verwendetem Polyen ist es erforderlich bzw. vorteil­haft, daß das erfindungsgemäße Trennmittel einen Konsistenz­regler enthält. Hierfür eignen sich vorwiegend übliche Fette, Wachse und Öle, welche gleichzeitig die Trennwirksamkeit erhöhen. Aufgrund der vorhandenen Doppelbindungen der erfind­ungsgemäß verwendeten Polyene ist es außerdem von Vorteil, wenn das Trennmittel ein Antioxidans enthält. Bewährt haben sich für diesen Zweck insbesondere alkylierte Phenole, z.B. Nonyl-phenole.
  • Das erfindungsgemäße Trennmittel kann außer diesen Substanzen auch andere herkömmliche trennwirksame Substanzen enthalten, wobei sich deren Menge nach der Verträglichkeit mit den übrigen Bestandteilen des Trennmittels und nach den Verar­beitungsanforderungen richtet. Zu diesen herkömmlichen trenn­wirksamen Substanzen, für die die Polyene als Träger dienen, gehören Silikonverbidungen, Fettsäureamide, Fettsäureester usw. (vgl. z.B. die oben genannten europäischen Patentanmel­dungen).
  • Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Trennmittel selbst­verständlich übliche Zusätze wie Beschleuniger, Schaumsta­bilisatoren usw. enthalten.
  • Es ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Trenn­mittels, daß es vollständig oder mindestens im wesentlichen frei von Wasser und organischen Lösungsmitteln ist. Es kann hergestellt werden, indem alle Bestandteile zusammengegeben und unter Bildung einer homogenen Mischung gründlich durchge­mischt werden, wobei erforderlichenfalls erwärmt wird.
  • Es ist überraschend, daß das erfindungsgemäße Trennmittel auch ohne die Mitwirkung der bekannten Verdünner oder Träger wie Wasser oder Lösungsmittel einen ausreichend gleichmäßigen und vollständig homogenen Trennmittelfilm auf der Werkzeug­oberfläche bildet. Aufgrund der beschriebenen günstigen Eigenschaften der eingesetzten Polyene genügt es im allge­meinen, wenn 10 bis 15 g/m² und insbesondere etwa 12 g/m² des erfindungsgemäßen Trennmittels aufgebracht werden.
    • Beispiel 1
  • In einem 2 l Aluminiumversuchswerkzeug wurden Prüfkörper unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Kaltweich­schaumsystems geschäumt. Der Trennmittelauftrag erfolgte mittels eines Hochdruck-Airlessgerätes, wobei der Düsendurch­messer 0,08 mm betrug. Das verwendete Trennmittel wurde auf 80°C erwärmt und hatte folgende Zusammensetzung:
    Amin-Beschleuniger 3 Gew.%
    Silikonstabilisator 3 Gew.%
    Nonyl-phenol (Antioxidans) 4 Gew.%
    Niedermolekulares Polyethylenwachs (Konsistenzregler) 5 Gew.%
    Poly-1.4-cis-butadien 85 Gew.%
  • Es wurden leicht entformbare, von Oberflächenstörungen freie Schaumkörper erhalten.
    • Beispiel 2
  • Das in Beispiel 1 beschriebene Trennmittel wurde auf etwa 80°C aufgeheizt und dann mittels einer Sprühpistole mit einer luftzerstäubenden Rundstrahldüse mit Elektrostatik auf die Oberfläche des Formwerkzeugs aufgetragen. Es ergab sich, daß durch Verwendung dieser Vorrichtung ganz besonders dünne, homogene Trennmittelfilme erzeugt wurden. Die herge­stellten Schaumkörper waren in jeder Beziehung einwandfrei.

Claims (12)

1. Wasser- und lösungsmittelfreies Trennmittel zur Verwen­dung bei der Herstellung von Gegenständen aus Polyure­thanschaum, dadurch gekennzeichnet, daß es ein oder mehrere Polyene als Hauptbestandteil enthält.
2. Trennmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 50 bis 95 Gew.% und vorzugsweise 80 bis 85 Gew.% Poly­ene enthält.
3. Trennmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Polyen ein Poybutadien ist.
4. Trennmittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polybutadien Poly-1.4-cis-butadien und vorzugsweise Poly-1.4cis-butadien mit einem Vinylgruppenanteil von etwa 1 Gew.% ist.
5. Trennmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Konsistenzregler enthält.
6. Trennmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Antioxidans enthält.
7. Trennmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Beschleuniger und/oder Stabilisatoren enthält.
8. Trennmittel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu dem oder den Polyenen herkömmliche trennwirksame Substanzen ent­hält.
9. Verwendung des Trennmittels gemäß einem der vorangehen­den Ansprüche in Verfahren zur Herstellung von Gegen­ständen aus Polyurethanschaum.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß 10 bis 15 g Trennmittel pro m² Oberfläche des Form­werkzeuges angewendet werden.
11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Trennmittel vernebelt und auf die Formwerkzeugoberfläche aufgesprüht wird.
12. Verfahren zur Aufbringung von wasser- und lösungsmit­telfreien Trennmitteln auf die Oberflächen von form­gebenden Polyurethanschaumwerkzeugen, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Versprühen oder Vernebeln des Trenn­mittels mit einer mit Elektrostatik ausgerüsteten Vor­richtung, vorzugsweise einer elektrostatischen, luftzer­stäubenden Sprühpistole erfolgt und dadurch die Trenn­mittelpartikel beim Passieren der Austrittsdüse elek­trostatisch aufgeladen werden.
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